城市轨道交通信号基础课件——第二章之轨道电路

nullnull城市轨道交通信号基础 主讲： 冯博 老师 机电工程系null本章内容项目一项目二项目三项目四项目五 项目一 轨道电路 项目一 轨道电路 1．掌握轨道电路的工作原理。 2．掌握轨道电路在轨道交通信号系统中的作用。 3．了解各种常用轨道电路的特点 4. 怎样确保轨道电路可靠工作。 [知识要点]null一、轨道电路的工作原理轨道电路是以钢轨为导体，两端加上机械绝缘（或电气绝缘），接上送电和受电设备所构成的电路。1、什么是轨道电路2、轨道电路的组成轨道电路是由导体（钢轨）、钢轨绝缘、送电设备、受电设备、限流电阻组成的。null一、轨道电路的工作原理图1 轨道电路组成示意图2、轨道电路的组成null导体：钢轨、接续线（减少接触电阻）绝缘节：安装在相邻两轨道电路衔接处送电设备：电源或电子设备（能够发送一定信息）受电设备：轨道继电器、电子设备（能够接收限流电阻：可调电阻器（调整轨道电路的电压）轨道电路 并鉴别电流特性）传送电信息反映轨道的状况保持电信息延续划分各轨道区段nullnull图2 最简单的轨道电路null (1)导体 轨道交通系统的两条钢轨是传输轨道电流的导体。在两节钢轨的接头处．为了减少钢轨与钢轨夹板问的接触电阻，用接续线连接，如图3所示。 钢轨接续线有塞钉式和焊接式。塞钉式接续线如图4所示。图3 轨端接续线 图4 塞钉式钢轨接续线null (2)钢轨绝缘 钢轨绝缘安装在相邻两个轨道电路衔接处，以保证相邻轨道电路在电气上的可靠隔离。钢轨绝缘多采用机械强度高、绝缘性能好的材料，在钢轨与夹板间垫有槽形绝缘板，夹板螺栓与夹板之间装有绝缘套管和绝缘垫圈。在两个钢轨衔接的断面间还夹有与钢轨断面相同的轨端绝缘。图5 轨道绝缘节 图6 钢轨绝缘(50Kg、60Kg)null 城市轨道交通的正线多采用无缝线路，需要使用由电子电路构成电气绝缘(又称为调谐区)来分隔相邻轨道电路。 (3)送电设备 轨道电路的送电设备可以是电源，用于向轨道电路供电；也可以是能够发送一定信息的电子设备，通过轨道电路向列车传递行车信息。BG型轨道变压器主要用于轨道电路供电，其一次侧为220v，二次侧依据所连接的端子不同，可以获得各种不同的电压值。0.45--10.80 V。轨道变压器图7 扼流变压器示意图 null图8 BG1-80型轨道变压器、 BZ4-U型中继变压器图9 扼流变压器实物图 null (4)受电设备 轨道电路的受电设备可以是轨道继电器，用于反映轨道电路范围内有无列车、车辆占用和钢轨是否完整；或者当轨道电路中包含有控制信息时，轨道电路的受电设备也可以是能够接收并鉴别电流特性的电子设备，能够根据接收到的不同特性的电流，令有关继电器动作。 图10 继电器实物图 null图11 轨道电路及其电子设备null(5)限流电阻 限流电阻是一个可调电阻器，连接在轨道电路电源端，用来调整轨道电路的电压。当轨道电路被列车、车辆的轮对分路时，能够防止输出电流过大而损坏电源。图12 可调电阻器原理图 null变阻器 轨道电路用变阻器为R—2.2/220型。阻值为2.2Ω，功率为220W、容许电流为10 A、容许温度为105℃可调电阻器图13 变压器厢内可调电阻器实物图 双保险null1、监督列车占用：利用轨道电路监督列车在正线或列车和车辆在 车辆段等线路的占用状态。轨道电路反映有关线路空闲时，为开放信号、建立进路、构成闭塞提供了依据；轨道电路被占用时，用于实现控制有关信号机的自动关闭，实现信号系统的自动控制。二、轨道电路的作用 轨道电路用于监督线路的占用情况，并可以向列车传输控制信息，将列车运行和信号显示等联系起来。对于城市轨道交通，轨道电路是信号系统的重要基础设备，直接影响行车安全和运输效率。 轨道电路的作用主要现在以下两方面。 null2、传输行车信息：在正线上，根据列车的不同位置，有关闭塞分区的轨道电路传输不同的控制信息，实现对追踪列车的控制。带有编码信息的轨道电路是城市轨道交通信号系统车-地之间信息传输的通道之一。 例如数字编码式音频轨道电路中传输的行车信息，为ATP系统直接提供控制列车运行所需的前行列车位置、运行前方信号状态、线路条件等信息，以确定列车运行的目标速度，控制列车在当前运行速度下是否减速或停车。nullCCZCRadioRadioATS1. 联锁控制轨旁道岔动作，并将道岔的状态信息传递给ZC(地面区域控制器)。2.ZC (基于列车位置和道岔状态信息) 给车载传送移送授权，并将列车位置信息传递给ATS联锁3. CC计算制动曲线，防止列车超速。正线信号原理动态示意图nullXX地铁正线信号系统组成 nullATC列车在线位置＋进路条件生成移动授权终点计算制动曲线制动曲线制动控制与列车的位置、速度比较列车位置信息 基于线路数据 和停车点信息逐 次生成制动曲线车载设备车载控制设备防护距离车头位置车尾位置追踪列车的停车点停车点的信息XX地铁二号线正线信号系统原理示意图null三、轨道电路的分类工频连续式轨道电路音频轨道电路1、按动作电源分为：只用于监督轨道占用，不能传输列车控制信息模拟式音频轨道电路数字编码式轨道电路交流轨道电路直流轨道电路已淘汰（低频300HZ以下，音频300—3000HZ，高频10—40KHZ）null 习惯上交流轨道电路就是指工频50Hz电源的交流连续式轨道电路（480型轨道电路），电源频率为25Hz和75Hz的轨道电路，也属于交流轨道电路的范畴，要在名称上注明电源的频率。小提示★ 国产移频轨道电路：495～905HZ ★ UM71轨道电路：1689～2611HZ ★ 道口用轨道电路：14～40KHZnull  模拟式音频轨道电路 采用调幅或调频方式，可以传输较多信息，不仅能监督轨道的占用状态，还能反映列车运行前方三个或四个闭塞分区的占用情况。  数字编码式音频轨道电路 采用数字调频方式，可以传输更多的信息，编码中包含了速度码、线路坡度码、闭塞分区长度码、纠错码等。null开路式轨道电路闭路式轨道电路2、按工作方式分为：发送、接收设备安装在轨道电路同一端，无车占用时不构成回路发送、接收设备安装在轨道电路两端三、轨道电路的分类null 开路式轨道电路 发送和接收设备在轨道电路同一端，有车GJ，无车 GJ，遇有断轨GJ ，不能及时发现图14 开路式轨道电路 null 闭路式轨道电路： 送、受电端放两端，平时闭合回路无车 ，有车 ，故障图15 闭路式轨道电路 null 连续式 脉冲式3、按电流特性分为：传送连续交流，只能监督轨道占用与否，不传送信息传送断续电流脉冲三、轨道电路的分类交流计数电码式 数字编码式传送断续电流调频方式，不是单一低频调制频率 null移频式轨道电路：传送移频电流，在发送端用低频（几赫至几十赫）作为行车信息去调制载频（数百赫至数千赫），使移频频率随低频作周期性变化，接收端将低频解调出来，动作GJ。移频轨道电路可传送多种信息的信号。图16 ZPW-2000A型移频机柜实物图null有绝缘轨道电路无绝缘轨道电路4、按轨道区段分割方式分为：钢轨绝缘（增加乘客不舒适感，不利于牵引回流），多用于车辆段谐振式电气隔离，正线线路上得到广泛应用三、轨道电路的分类null  无绝缘轨道电路 无绝缘轨道电路在分界处不设置钢轨绝缘，轨道电路电流采用不同信号频率，根据谐振的原理，使谐振回路对不同频率呈现不同阻抗，实现对相邻轨道电路的电气隔离。这种电气隔离方式又称为谐振式。无绝缘轨道电路满足了城市轨道交通电化牵引和采用无缝线路的要求，在正线线路上得到广泛应用。图17 电气绝缘节null区间轨道电路站内轨道电路5、按设置地点分为：三、轨道电路的分类 只监督本区段空闲，不发送其他信息。 用于正线，监督各闭塞分区空闲，传输有关行车信息nullnullnull钢轨无分支，结构简单结构复杂无岔区段轨道电路道岔区段轨道电路6、按是否包含道岔，站内轨道电路分为：三、轨道电路的分类null  无岔区段轨道电路： 一般用于股道、尽头调车信号机前方接近区段、进站信号机内方、两差置调车信号机之间。  道岔区段轨道电路: 包含了岔前线路、岔后直向位置线路和岔后侧向位置线路。根据道岔结构，不仅有关钢轨、杆件要增加绝缘，还要增加道岔跳线和连接线，当分支超过一定长度时，还必须设置多个受电端。null图18 道岔区段轨道电路null无抗干扰要求既要抗电化干扰，又要保证牵引回流畅通非电化区段轨道电路电化区段轨道电路7、按列车牵引方式分为：三、轨道电路的分类null 电气化区段 钢轨内即有50HZ牵引电流，又有轨道电路电流。有绝缘的轨道电路，必须安装扼流变压器，使牵引电流顺利越过绝缘节。图19 轨道电路及变压器null 目前，我国电气化铁路：站内：25HZ相敏轨道电路；区间：无绝缘移频轨道电路。知识点8、按通道分为：双轨条轨道电路单轨条轨道电路两根钢轨一条为钢轨，另一条由电缆一般用于城轨交通停车场普遍采用null小提示 由于城市轨道交通列车采用直流牵引供电，且都是无缝线路，因此不能采用扼流变压器分割轨道电路，一般采用“S”形导线（简称“S”Bond）作为轨道电路的电气绝缘。轨道电路有两种方式经“S”形导线在钢轨内传输，分别为：感应式和注入式。null四、轨道电路的划分与命名1、轨道电路的划分大多采用无绝缘轨道电路，每隔一定距离划分一个闭塞分区。轨道电路之间采用钢轨绝缘，把两个轨道电路划分为互不干扰的独立电路单元，称为轨道电路区段正线轨道电路划分车辆段轨道电路的划分null划分原则： （1）有信号机的地方必须设置绝缘节，信号机的内外方为不同的轨道电路区段。 （2）凡是能平行运行的进路，其间应设钢轨绝缘。例如，渡线道岔上的钢轨绝缘。图20 渡线处钢轨绝缘null （3）一个轨道电路内，单动不超过3组，复式交分不超过2组。 （4）为提高咽喉使用效率，将轨道电路适当划短，使道岔及时解锁，排列其他进路，但不得过短。小提示 与一般铁路车站不同的是，城市轨道交通车辆段车库的停车线一般划分为两段轨道电路，允许停放两列列车。null四、轨道电路的划分与命名2、轨道电路的命名 道岔区段和无岔区段命名方式不同（1）道岔区段：根据道岔编号来命名。 只一组道岔，用包含的道岔编号命名，如图21中:6DG 两组道岔，用两组道岔编号连缀命名，如:15-16DG 三组道岔，取其中最大和最小道岔号命名，如:7-10DG null图21 轨道电路的命名null （2）无岔区段  停车线股道轨道电路：按照股道编号命名，一般停车线划分为两个轨道区段，可停放两列车。例如图22中l道的两个轨道区段分别称为1A、lB。  进、出段口处的无岔区段：根据其功能等命名，例如图23中进、出车辆段处的轨道电路为转换轨，分别命名为ZHGl、ZHG2； null图22 停车线轨道电路的命名null图23 进、出段口处的无岔区段命名null  牵出线等处调车信号机外方的接近区段：在调车信号机名称后加G表示。例如图24中牵出线D15信号机前方的轨道电路为D15G；图24 牵出线轨道电路的命名null  位于咽喉区的无岔区段：以两端道岔编号写成分数形式加G表示。例如图25中D10与D12间的无岔区段为3／4G。图25 咽喉区轨道电路的命名null五、交流工频轨道电路下面以50Hz相敏轨道电路为例介绍交流工频轨道电路，其结构图如图26所示。用于城市轨道交通的交流工频轨道电路以下两种：有继电式和微电子式，其中不注明时即指继电式 PF轨道电路50Hz相敏轨道电路null图26 50Hz相敏轨道电路结构图null（1）送电端：安装在室内变压器箱内，轨道电源从室内通过电缆送至送电端。BG5-D轨道变压器：升压作用R—2.2／220型变阻器：调节电流（电压）的大小熔断器：过电流保护器（2）受电端室内变压箱：中继变压器、变阻器、熔断器室内组合架：电容器、防雷元件、交流二元继电器1、轨道电路的组成nullBG5-D型变压器null(2)受电端 受电端包括安装在室外变压器箱内的BZ-D型中继变压器、R--2．2／220型变阻器、熔断器，安装在室内组合架上的电容器、防雷元件、交流二元继电器。 受电端中，电容器C用于隔离直流，不使牵引电流进入轨道继电器的轨道线圈，并能够减少轨道电路的传输衰耗和相移；电容器CA起补偿作用，以提高轨道继电器局部线圈的功率因数，降低输入电流；防雷元件Z是对接的硒片，称为浪涌抑制器，用于防雷。 null (3)绝缘 钢轨绝缘设置于轨道电路分界处，用于隔离相邻的轨道电路。 (4)接续线和引接线 接续线用于连接相邻钢轨，引接线用于将变压器箱或电缆盒接向钢轨。 (5)回流线 回流线连接相邻的不同侧钢轨，为牵引回流提供越过钢轨绝缘节的通路。1、轨道电路的组成null2、工作原理 电源屏分别提供50Hz轨道电源和局部电源。送电端轨道电源GJZ220、GJF220经轨道变压器降压后送至钢轨。在受电端钢轨电压经中继变压器升压后送至轨道继电器的轨道线圈3-4端子。轨道继电器的局部线圈1-2接局部电源GJZ220、GJF220。null2、工作原理 当轨道继电器RGJ的轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位和频率要求时，轨道电路处于调整状态，RGJ吸起，表示轨道区段空闲。列车占用使轨道区段处于分路状态时，RGJ落下。当轨道电源和局部电源频率、相位不符合时，RGJ落下。 交流二元继电器的特性使50Hz相敏轨道电路具有相位鉴别能力，即相敏特性，因此其抗干扰性能高。null电源屏提供50hz轨道电源和局部电源轨道电源调整状态：相位、频率相符，轨道继电器吸起，区段空闲分路状态：列车占用，轨道继电器落下钢轨轨道继电器轨道线圈降压轨道变压器升压中继变压器相位不符：轨道继电器落下2、工作原理null六、数字轨道电路 数字轨道电路所传输的轨道信号内包含数字信息，例如列车运行方向、目标距离、目标速度等，能够为车载ATP（列车自动防护系统）设备提供控制信息。下面以音频数字轨道电路为例介绍数字轨道电路。 音频轨道电路是联锁逻辑处理单元和车载设备之间的通信接口，实现了正线区段轨道电路占用以及地对车的ATP数字信号传输的双重功能。null1、设备组成 (1)轨旁设备 轨旁设备由轨道耦合单元、棒线和耦合环线三部分组成，在轨道之间或者沿轨旁安装，采用互耦方式，如图27所示。图27 轨道耦合单元 null 耦合单元：将轨道信号连接到控制机箱的接收和发送电路，并调谐轨道电路的载频频率。每个耦合电路由变压器和可调电容组成槽路。 棒线：置于两钢轨之间，端点焊接于钢轨上，形成“S”形棒线。一匝导线构成的环线与“S棒”耦合，并与室内控制柜的辅助板相连。发送的轨道信号电流通过棒线感应到钢轨，由列车车载设备接收。1、设备组成null (2)室内设备 室内设备主要是安装在室内控制柜内的控制机箱，如图28所示，每个机箱内包括多个PCB电路板，每个轨道电路包括控制板、辅助板、电源板。图28 音频轨道电路机箱1、设备组成null 控制板：产生具有ATP（列车自动防护系统）功能的数字编码信息； 辅助板：将控制板产生的信息放大发送至室外，并接收来自轨道的信息； 电源板：产生控制板和辅助板工作所需的电源。1、设备组成 车载ATP设备null 车载设备和地面信号控制设备关系图知识点null*应答器null*null2、工作原理 (1)对列车的检测 音频系统不问断地向轨道发送数字编码信息，并监视其接收器感应到的信号，作为对列车占用的检测。 利用音频信息的标题位(前8位)作为列车检测的信号，固定为01111110。发送端通过耦合单元发送至钢轨，接收端由轨道接收器检测该信号，并设置门限值。null2、工作原理null 当轨道电路空闲时，被检测到的信号幅度在门限值以上；当列车进入轨道电路，所接收到的信号被分路，其幅度降至门限值以下，表示轨道电路被占用； 由于其他原因造成轨道电路短路、断路时，如路基潮湿，也会使接收到的信号低于预定的阀值，或者生成错误的轨道ID号。2、工作原理null2、工作原理null 按照故障-安全原则，被检测到的信号幅度在门限值以上时AF-904控制板向联锁单元传递“空闲”信息，否则向联锁单元传递“占用”信息，从而完成列车检测功能null (2)发送ATP（列车自动防护系统）信息 音频系统与联锁系统之间通过RS485接口进行通信，接收来自联锁系统的信息，如目标速度、目标距离等。2、工作原理nullnull 再加上本轨道区段信息，如轨道电路ID号、线路速度等，构成复合信息。辅助板将复合信息形成的报文帧，结合机笼后面的方向继电器以FSK调制方式将报文送至耦合电路，经环线与“S棒”耦合，由车载ATP设备接收、解码、校验，执行ATP（列车自动防护系统）功能，从而完成数字车载信号的传输功能。2、工作原理nullnull图29 轨道电路实物图片演示null休息、休息 [项目一实施] [项目一实施]任务一 认识轨道电路的组成 1．目标 1)掌握轨道电路各组成部分的作用。 2)掌握轨道电路的工作原理。 3)能够正确安装、更换钢轨绝缘。 2．设备 轨道电源、轨道变压器、继电器、轨道电阻、钢轨及接续线、绝缘、轨道箱等。 null 3．实作内容 1)连接轨道电路送、受电端。 2)按照要求组装轨道绝缘，正确安装槽型绝缘、鱼尾板、绝缘套管、绝缘垫、铁垫片与螺栓等。 3)调整轨道电阻，确保轨道电路在调整状态下轨道继电器可靠吸起，在分路状态下可靠落下。null 任务二 轨道电路接收、发送设备的工作 1．目标 1)掌握音频轨道电路、数字轨道电路的基本原理。 2)了解轨道电路、信号显示、列车运行的关系。 3)掌握正线各闭塞分区的相互控制关系。 2．设备 按照图30音频轨道电路提供线路、信号机、接收设备、发送设备等。null图30 音频轨道电路的应用 3．实作内容 1)设计控制信息与信号显示的对应关系。 2)设计连接方式，实现自动闭塞的基本要求。 3)改变有关轨道电路状态，检查有关闭塞分区是否按照设计要求改变所传输的控制信息。null 任务三 轨道电路的划分 1．目标 1)掌握车辆段内轨道电路的划分原则。 2)进一步理解轨道电路划分中需要考虑的实际问题。 2．资料 提供城市轨道交通车辆段信号平面图。 3．实作内容 1)分组完成车辆段内轨道电路的划分及命名。 2)分别讲解各自的划分及依据。 3)讨论各种划分方法中的错误及优劣。 null 每4～5人一组，讨论以下问题： 1）利用轨道电路实现检查线路是否有车占用、传输控制信息等功能时，可能存在哪些不足? 2)轨道电路出现故障时，会对列车运行带来什么问题? 分组讨论